Des nanotubes de carbone pour servir de bits quantiques

Contrairement aux bits électroniques qui n'ont que la valeur 0 ou 1, les qubits peuvent aussi être les deux à la fois. Ce phénomène typique de mécanique quantique, la superposition, promet de réaliser des ordinateurs quantiques bien plus puissants que les ordinateurs électroniques. Cependant, cette superposition est aisément perturbée et perdue.

De récents travaux sur le spin des électrons, en vue de réaliser des qubits concrets à partir d'électrons confinés dans un environnement solide, ont permis d'initialiser, de manipuler et de lire des qubits. Les scientifiques du projet CARBONQUBITS (Quantum bits in carbon nanostructures), financé par l'UE, se sont intéressés aux nanotubes de carbone pour réaliser des qubits.

Ils ont éclairci les mécanismes physiques affectant la fonctionnalité des nanotubes de carbone au niveau des électrons. Ils ont ainsi amélioré la compréhension des expériences les plus avancées. De fait, les études théoriques ont montré que l'interaction pouvait être très forte entre le spin d'un électron piégé dans un nanotube de carbone (suspendu au-dessus d'une petite tranchée) et les vibrations du nanotube.

En outre, un nanotube de carbone fixé aux deux extrémités peut être excité pour vibrer comme une corde de guitare, pendant une durée étonnamment longue. Lorsque le nanotube est accordé pour vibrer à l'unisson avec le spin de l'électron, le quantum de son émis peut être réabsorbé et re-émis de nombreuses fois avant d'être perdu. Ce fort couplage pourrait permettre des communications à longue distance entre des qubits.

Cependant, pour que cette technique soit utilisable en informatique quantique, l'échelle temporelle de la manipulation du qubit doit être bien plus courte que celle de la perte d'information. Un nouveau modèle théorique a montré que la durée nécessaire pour contrôler un qubit basé sur le spin diminuait avec l'augmentation de la force du champ d'excitation, jusqu'à une certaine valeur. Au-delà de cette valeur optimale, la bascule du spin ralentissait.

Enfin, les scientifiques ont étudié comment le spin du noyau et les impuretés chargées limitaient la durée de vie de ces porteurs d'information quantique. Les chercheurs de CARBONQUBITS ont exploré de nouvelles voies pour l'informatique quantique sur les nanotubes de carbone, via une méthode prometteuse de manipuler le spin des électrons afin de représenter des bits d'information. La position de l'équipe dans la nouvelle ère de l'informatique quantique aura d'importants avantages.